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Ampliando el conocimiento y usos de las auxinas de síntesis en frutales

Para poder conocer y entender mejor los usos de los reguladores de crecimiento auxínicos que hoy existen el mercado, haremos una breve reseña de su historia y la implicancia de las auxinas como hormonas vegetales en el crecimiento y desarrollo de los frutos.

  Thomas Fichet, Dr. Ingeniero Agrónomo. Dpto. Producción Agrícola, Fac. Cs. Agronómicas – U. de Chile

HISTORIA DE LAS AUXINAS

En 1933, siguiendo los trabajos de fototropismo de Charles Darwin y su hijo Francis publicados en 1881 en su libro “The power of movement in plants”, Kögl y colaboradores descubren finalmente la primera hormona vegetal o fitohormona, el ácido indol-3-acético (IAA en inglés) o también conocido por sus siglas en español AIA: un ácido orgánico de bajo peso molecular, implicado en el crecimiento y desarrollo de las plantas a través de división, elongación y diferenciación celular. Si bien existen otras auxinas con actividad biológica dentro de las plantas, son poco relevantes y muy específicas, a diferencia de AIA. La palabra auxina proviene del griego “auxein” que significa “crecer”. En 1939, Thimann y Schneider comparan la actividad de varias sustancias con acción auxínica: el ácido indol-3-butírico (IBA), el ácido indol-3-propiónico (IPrA), el ácido naftalenacético (normalmente denominado por su sigla en inglés: NAA), entre otras. Posteriormente, en la década de 1940, se llega al descubrimiento de varias otras sustancias con actividad auxínica, entre ellas el ácido 2,4-diclorofenoxiacético (2,4-D) y el ácido 2,4,5-triclorofenoxiacético (2,4,5-T), ambas con efecto herbicida a altas concentraciones. Todas estas sustancias son análogas, con actividad auxínica y ambientalmente más estables que el AIA. Esto último significa que es muy fácil que la molécula de AIA pierda actividad por proceso de oxidación o conjugaciones irreversibles, como es con azúcares o con aminoácidos (aspartato o glutamato). Por esta razón el ser humano ha recurrido a las auxinas de síntesis como reguladores de crecimiento, que, según se señaló anteriormente, poseen mayor estabilidad en el tiempo que la propia forma activa de las plantas, el acido indol-3-acético. En la actualidad, existen más de 20 auxinas de síntesis, pero la mayor parte de ellas se utilizan como herbicidas y solo unas pocas como reguladores de crecimiento.

Figura 1. Botón floral de naranjo, en cuyo gineceo (ovario) se origina la síntesis de auxinas (AIA), las cuales son utilizadas para su desarrollo y crecimiento. Ellas también irán formando el sistema vascular del pedúnculo, a medida que salen del ovario en forma descendente (flecha negra).

AUXINAS Y SU RELACIÓN CON EL DESARROLLO DEL FRUTO

Hoy en día, las investigaciones científicas han logrado demostrar que las auxinas están implicadas desde muy temprano en el desarrollo del fruto, e incluso en el crecimiento del tubo polínico. Larsson y colaboradores publican en 2013 que la parte femenina de la flor, el gineceo u ovario, antes de la fecundación por parte del tubo polínico del óvulo, presenta ya biosíntesis de auxinas, particularmente AIA. Estas auxinas son fundamentales para el desarrollo del gineceo y sus estructuras y, posteriormente, del embrión. Pero al mismo tiempo, son imprescindibles en la formación de todo el sistema vascular del pedúnculo de la flor y posterior fruto (figura 1).

Las auxinas cumplen este papel por su capacidad de diferenciar las células desde el inicio del desarrollo del botón floral. Para poder formar el sistema vascular del pedúnculo, las auxinas deben salir desde el ovario por medio de transportadores conocidos con el nombre PIN (proteínas de membrana), que les van facilitando su paso de célula en célula, permitiendo así la formación de los tejidos vasculares. Posteriormente, es el embrión, en forma muy temprana, el que produce auxinas para poder crecer mediante división y elongación celular, pero también las requiere para aumentar su capacidad de atraer hidratos de carbono desde la hoja, la base de su requerimiento energético para los diversos procesos que ocurren durante todo el desarrollo del fruto. Para esto, las auxinas, por ellas mismas y/o por medio de las giberelinas, como se ha demostrado en varios tipos de fruto, generan la síntesis de enzimas que permiten desdoblar la sacarosa a monosacáridos, que son su fuente de energía para todos sus procesos de desarrollo y crecimiento. Finalmente, las auxinas también son necesarias para la retención del fruto. Investigaciones publicadas por Xie y colaboradores en 2018, en frutitos de naranjo en proceso de abscisión, señalan que aplicaciones a partir de 40 mg/L de AIA inducen su retención al bloquear la señal (etileno) en las zonas de abscisión (figura 2), pero concentraciones inferiores no logran, o solo en forma parcial, retener los frutos recién cuajados.

Figura 2. Zonas de abscisión en mandarinas. La zona 1 se activa en la caída postcuaja y cae el fruto con pedúnculo, la zona 2 se activa en la caída de diciembre. Esta zona de abscisión 2 también se activa cerca de la madurez fisiológica. En postcosecha, corresponde a la caída de cáliz.

Figura 3. A) Las auxinas son producidas por los óvulos para su desarrollo, pero también se desplazan mediante transportadores PIN, para de esa forma al salir del ovario ir formando el sistema vascular del pedúnculo. B) Si se genera mayor cantidad de etileno que de auxinas en las células de la zona de abscisión (Z.A.), este etileno bloquea el transporte de las auxinas y activa el proceso de abscisión en las células de la Z.A., induciendo finalmente la caída de la flor o del fruto según sea el caso.

La salida de auxinas desde el ovario es requerida para contrarrestar el efecto negativo producido por etileno a nivel de las zonas de abscisión del pedúnculo, que induce la caída del fruto (figura 3).

En resumen, podemos señalar que las auxinas cumplen cuatro funciones fundamentales en el crecimiento temprano del botón floral, posterior cuaja, retención y desarrollo del fruto. Estas son: formación del sistema vascular del pedúnculo (en forma muy temprana); atracción de hidratos de carbono (azúcares) desde las hojas hacia el fruto; división, elongación y diferenciación celular de las distintas partes de la flor y posterior fruto, y, finalmente, retener el fruto en sus caídas fisiológicas, contrarrestando el efecto de abscisión inducido por el etileno.

AUXINAS DE SÍNTESIS EN FRUTALES: “RALEADORAS”

En los años 50, se demuestra que el AIA es fundamental para el desarrollo de la fresa y que esta hormona vegetal es producida por los aquenios (embriones) del fruto. Si estos aquenios son eliminados, el fruto no crece y muere, pero si los aquenios son reemplazados por aplicación de AIA, el fruto crece en forma partenocárpica (sin semillas). Estos son los primeros antecedentes que señalan que las auxinas pueden inducir partenocarpia. Posteriormente, un gran número de trabajos científicos mencionan la capacidad de las auxinas y reguladores de crecimiento auxínico en favorecer la partenocarpia en frutos no solo en frutales, sino también en hortalizas como solanáceas y cucurbitáceas.

Figura 4. Los fitorreguladores auxínicos, como NAA o 3,5,6-TPA, promueven la síntesis de etileno endógeno al promover su ruta, mediante la activación de una de las enzimas claves en la biosíntesis del etileno, la ACC sintasa.

En la actualidad, existen varios tipos de auxinas de síntesis para su uso en frutales. Según el momento de aplicación y su estructura química, pueden variar en sus efectos, por ejemplo: inducir partenocarpia, generar raleo, engorde de fruto o alterar la forma del fruto, entre otros. En palma aceitera se aplica ácido naftalenacético (NAA) o ácido 2,4,5-triclorofenoxiacético propiónico (2,4,5-TP), al momento de preantesis y/o antesis, para inducir mayor número de frutos partenocárpicos y de esa forma obtener frutos con mayor contenido de pulpa al no tener semilla, lo que genera más aceite. Sin embargo, en otras especies como pomáceas y olivos, el NAA se utiliza como raleador al inducir mayor abscisión de frutos al ser aplicado durante la caída de postcuaja. Si se aplica a inicio de esta caída, las concentraciones a utilizar deben ser pequeñas para no inducir un sobre-raleo. Pero a medida que va pasando la caída natural de postcuaja, el fruto va perdiendo sensibilidad a caer, por lo que las concentraciones a aplicar del fitorregulador deben ser mayores si se quiere lograr una determinada efectividad. Por último, una vez terminada la caída natural, el fruto pierde totalmente la sensibilidad a desprenderse, por lo que los reguladores de crecimiento que generan etileno ya no lograrán dicho efecto. En pomáceas, si estas aplicaciones se retrasan y dependiendo de las concentraciones utilizadas, se pueden generar frutos partenocárpicos, llamados frutos pigmeos que, si bien son retenidos, no crecen y quedan pequeños, sin valor comercial. Aquí el NAA comienza a actuar como inductor de partenocarpia, lo que también se ha reportado en otras especies frutales donde se han utilizado otras auxinas de síntesis como raleadoras. El raleo provocado por NAA y otras auxinas de síntesis como el ácido 3,5,6-tricloro-2-piridiloxiacético (3,5,6-TPA), se logra porque ellas tienen la capacidad de activar la ruta endógena del etileno, lo que promueve las zonas de abscisión tanto del pedúnculo como del cáliz (figura 2). Estos reguladores auxínicos se distinguen de otros por presentar una alta afinidad con una enzima clave en la ruta del etileno, que es la ACC sintasa (figura 4).

Otro aspecto importante a tener en consideración, cuando se utilizan estas auxinas de síntesis raleadoras, es que las plantas no estén bajo algún tipo de estrés, dado que una planta bajo estrés genera mayores niveles de etileno endógeno que si está en buenas condiciones. Por lo tanto, la síntesis endógena inducida por un fitorregulador se suma a las cantidades que ya está produciendo una planta estresada, generando mayor cantidad de etileno, lo que puede agravar bastante la situación. Cuando nos referimos a estrés, básicamente aludimos a estreses de tipo abiótico, vale decir, hídrico, salino, heladas o baja luminosidad. En este último caso, Zu y colaboradores, en 2011, demostraron que raleos en pomáceas con NAA y en días nublados generan mayor síntesis de etileno, lo que puede inducir un sobre-raleo. Ello se debe a que con baja luminosidad (días fuertemente nublados o sombra), se produce etileno tanto en hojas como en frutos por diminución de la disponibilidad de luz y, a su vez, el NAA promueve también mayor síntesis de esta hormona vegetal, con lo que finalmente se genera un aumento del etileno endógeno en el fruto, estimulando mayor caída. Junto con ello, también se afecta negativamente la fotosíntesis cuando hay menor disponibilidad de luz, lo que crea una menor disponibilidad de hidratos de carbono. En resumen, en condiciones de baja luminosidad, se produce mayor raleo por un aumento en la síntesis de etileno y menor disponibilidad de hidratos de carbono para el fruto en desarrollo.

Finalmente, los reguladores de crecimiento auxínicos como NAA y 3,5,6-TPA, provocan un aumento en el tamaño de frutos por dos vías: eliminando parte de los frutos más débiles y favoreciendo el crecimiento de los que quedan por mayor atracción de hidratos de carbono hacia ellos.

Figura 5. Efecto de la aplicación, a caída de pétalos, de diferentes concentraciones de 2,4-D en mandarinos var. Fortuna, sobre la retención de frutos 3 semanas después de realizados los tratamientos. Letras distintas indican diferencias significativas entre tratamientos según la prueba de Tukey (p≤ 0,05).

AUXINAS DE SÍNTESIS EN FRUTALES: “DE ENGORDE”

Otras auxinas de síntesis no inducen producción de etileno (baja afinidad con ACC sintasa, ver figura 4), a las concentraciones utilizadas en frutales. Estos fitorreguladores de crecimiento auxínico son conocidos como “auxinas de engorde”, por su capacidad de mejorar la atracción de hidratos de carbono hacia el fruto, pero sin inducir síntesis endógena de etileno e, incluso, dependiendo de la concentración utilizada, pueden aumentar la cuaja o retención de frutos y disminuir así las caídas fisiológicas (figura 5), de manera muy similar al efecto del AIA (auxina endógena), como se señaló en el segmento sobre “Auxinas y su relación con el desarrollo del fruto”. La primera auxina de síntesis utilizada con estos fines fue el 2,4-D (ácido 2,4-diclorofenoxiacético). Su uso fue ampliamente difundido sobre todo en el mundo citrícola, pero también en otras especies como manzanos y paltos, donde se utilizaba para retener fruta.

El 2,4-D, también tiene la capacidad de inhibir el etileno que se genera en las zonas de abscisión, pero sobre todo en la zona de abscisión 2 (figura 2). Por esta característica, se utilizó en precosecha para evitar la caída de frutos cercana a cosecha. Por ejemplo, en variedades de naranja que presentaban una fuerte caída llegando a madurez, se aplicaba 100 a 150 mg/L de 2,4-D y con ello se lograba retener la fruta por un mayor periodo de tiempo en el árbol, hasta más de dos semanas. Por esta misma particularidad, también se utilizó en postcosecha en el encerado de fruta cítrica, para retrasar el desprendimiento del cáliz, pero además porque las auxinas son conocidas como antisenescentes, lo que permite que el 2,4-D retrase la degradación de la clorofila, favoreciendo el color verde del cáliz por más tiempo (figura 6).

Figura 6. Limones embalados y a su llegada al mercado de destino, que han sufrido el desprendimiento del cáliz por efecto del etileno: “B”. El limón “A” aún tiene el cáliz adherido y de color verde.

Figura 7. Según el tipo de regulador de crecimiento auxinico que se utilice, puede existir un raleo (eliminación de parte de la competencia), dejando los frutos más grandes, lo que genera una mejor redistribución de los hidratos de carbono, favoreciendo el engorde o crecimiento de los frutos que quedan (auxinas de raleo). Por el contrario, existen otras auxinas de síntesis que no provocan raleo, pero tienen la habilidad de generar un mayor poder de atracción de hidratos de carbono hacia los frutos (auxinas de engorde), lo que finalmente se traduce en un aumento de calibre.

Figura 8: Distribución (%) del diámetro de fruto a cosecha, ajustada en función de la carga frutal como covariable (CV), en cerezos “Kordia/Colt” tratados con diferentes concentraciones de 2,4-DP. Medias ajustadas con letras diferentes por calibres indican diferencias significativas entre tratamientos según la prueba de DGC (p<0,05). Barras verticales indican el error estándar. Interacción tratamiento*calibre significativa (p<0,0085). Significancia de CV (frutos/ASTT): p=0,0127.

Existen otras dos moléculas con efecto auxinico muy similar al 2,4-D (con los mismos efectos fisiológicos). Estas son Fenotiol y el ácido 2,4-diclorofenoxipropiónico (2,4-DP). Ambas auxinas de síntesis, al igual que el 2,4-D no inducen producción de etileno y también son conocidas como “auxinas de engorde”. Ello quiere decir que el crecimiento de los frutos no se origina en la eliminación de parte de la competencia (raleo), sino que favorecen la entrada de hidratos de carbono al interior del fruto, mejorando con ello el aumento de su tamaño (figura 7).

Estas auxinas son recomendadas cuando los frutos tienen ya un cierto diámetro de tamaño, para ejercer su efecto como “engordadoras”. Investigaciones realizadas por nuestro equipo en diferentes especies frutales con aplicaciones de 2,4-D y 2,4-DP, demostraron que estas auxinas de síntesis provocan un traslape de la curva de calibre hacia frutos de mayor tamaño. Ensayos realizados en diferentes variedades de cerezo arrojaron como resultado que pulverizaciones con 75 mg/L de 2,4-DP, en estado de 12 a 14 mm de diámetro, inducían un aumento de calibre. En esta etapa fenológica, no existe un aumento de la cuaja producto de la aplicación de esta auxina de síntesis, pero sí un traslape de la curva de calibres hacia frutos más grandes y una disminución de los frutos más pequeños, como se señala en la figura 8.

Sin embargo, y como se comentó al inicio de este artículo, la síntesis propia de auxina por parte del gineceo u ovario se produce en forma muy prematura, incluso antes de la fecundación del o los óvulos. Ensayos realizados por nuestro equipo de investigación, demostraron que en tomates var. María Italia, efectivamente la aplicación en botón floral y en concentración de 60 mg/L de 2,4-DP, generaba frutos de mayor peso que las aplicaciones de 30 mg/L (tabla 1).

Tabla 1: Efecto de la aplicación de diferentes concentraciones de 2,4-DP en dos estados fenológicos diferentes, sobre el peso promedio a cosecha de tomates var. María Italia. Letras distintas indican diferencia significativa entre tratamientos según la prueba de Tukey (p≤0,05).

Por lo tanto es muy recomendable hacer las aplicaciones de estos reguladores de crecimiento auxínicos “de engorde”, en estado de botón floral, como ocurre con otros fitorreguladores del tipo citoquinínicos, que también inducen crecimiento por división celular, en forma muy temprana. Ello tiene dos grandes ventajas: ayudar a la formación del sistema vascular del pedúnculo (“cañería” que está encargada de nutrir al fruto en savia elaborada) que es dependiente de auxinas y que aún se está formando en el estado de botón floral, y que el regulador de crecimiento se degrade totalmente antes de cosecha.

En algunos casos, es necesario realizar una segunda aplicación al inicio de la caída de postcuaja, para mejorar el efecto de “engorde”. Sin embargo, se debe tener en cuenta que estos fitorreguladores, que pueden aumentar la cuaja, deben ser aplicados cuando existe una baja o mediana floración. De lo contrario, se corre el riesgo de sobreestimular el cuajado de frutos, lo que en ciertas especies frutales induce alternancia productiva o añerismo, por cuanto el exceso de frutos disminuye considerablemente el proceso de floración del año siguiente. En algunos casos, como ciertas especies frutales caducifolias (carozos), se requiere que el árbol tenga una buena disponibilidad de reserva de hidratos de carbono, específicamente almidón, a inicio de la floración (primavera). En estas especies, el desarrollo del gineceo y posterior embrión, inicialmente, no dispone de hojas que lo puedan alimentar, por lo que su crecimiento será a expensas de las reservas acumuladas la temporada anterior. Si el árbol no tiene las suficientes reservas, estos reguladores de crecimiento no logran inducir su efecto esperado de aumentar calibre. En ese caso, es mejor retrasar la aplicación y esperar a que exista presencia de hojas adultas, para aplicar una auxina de síntesis para “engorde”. Esto no acontece en los frutales de hoja perenne o persistente, dado que en tal caso cuando la floración ocurre, existen hojas que realizan fotosíntesis y que por ende pueden ya abastecer los frutos de hidratos de carbono. Sin embargo, es fundamental que estas hojas estén en buenas condiciones para realizar adecuadamente su función, vale decir, no dañadas por sales, bien iluminadas, sin estrés hídrico, sin estrés por exceso de temperaturas, sin daño por inhibidores de giberelinas, etc.; de lo contrario no serán capaces de alimentar los frutos en buenas condiciones y, finalmente, no se logrará o será muy leve el aumento tanto en cuaja como en tamaño de fruto.

En otros casos, las auxinas de síntesis han sido utilizadas para modificar la forma del fruto, como también se han usado otros reguladores de crecimiento como la benciladenina (citoquinina) en peras de la var. Abate Fetel o el ácido giberélico en el largo de frutos (manzanas y uva de mesa). En naranjas del grupo navel o de ombligo, se ha utilizado 20 mg/L de 2,4-D o más para inducir el cierre del “ombligo”. Las auxinas de síntesis, como cualquier otro regulador de crecimiento, ejercen su actividad fisiológica a determinadas concentraciones. Concentraciones inferiores no logran inducir el estímulo deseado. Para poder modificar la forma de los frutos, los fitorreguladores deben ser aplicados en forma muy temprana, idealmente postcuaja, momento en el cual el fruto es susceptible de cambiar su patrón de crecimiento.